Vi Mạch – Wikipedia Tiếng Việt

Vi mạch (tiếng Anh: microchip) hay vi mạch tích hợp, hoặc mạch tích hợp (tiếng Anh: integrated circuit, gọi tắt IC, còn gọi là chip theo thuật ngữ tiếng Anh) là tập các mạch điện chứa các linh kiện bán dẫn (như transistor) và linh kiện điện tử thụ động (như điện trở) được kết nối với nhau, để thực hiện được một chức năng xác định. Tức là mạch tích hợp được thiết kế để đảm nhiệm một chức năng như một linh kiện phức hợp.[1]

Các linh kiện kích thước cỡ micrometre (hoặc nhỏ hơn) chế tạo bởi công nghệ silicon.

Mạch tích hợp giúp giảm kích thước của mạch điện đi rất nhiều, bên cạnh đó là độ chính xác tăng lên. IC là một phần rất quan trọng của các mạch logic. Có hai loại IC chính gồm lập trình được và cố định chức năng, không lập trình được. Mỗi IC có tính chất riêng về nhiệt độ, điện thế giới hạn, công suất làm việc, được ghi trong bảng thông tin (datasheet) của nhà sản xuất.[2]

Hiện nay, công nghệ silicon đang tiến tới những giới hạn của vi mạch tích hợp và các nhà nghiên cứu đang nỗ lực tìm ra một loại vật liệu mới có thể thay thế công nghệ silicon này.

Lịch sử

[sửa | sửa mã nguồn]

Lịch sử phát triển của mạch tích hợp bắt đầu từ năm 1949, khi kỹ sư người Đức Werner Jacobi (Siemens AG) nộp bằng sáng chế cho một thiết bị khuếch đại bán dẫn giống như mạch tích hợp, có 5 transistor trên một bề mặt chung cho bộ khuếch đại 3 tầng, làm dụng cụ trợ thính.

Ngày 12 tháng 9 năm 1958, người Mỹ Jack Kilby ở Texas Instruments trình bày vi mạch đầu tiên.[3] Kilby sau đó giành được giải thưởng Nobel Vật lý năm 2000.

Nửa năm sau sự kiện Kilby, Robert Noyce ở Fairchild Semiconductor phát triển ý tưởng của riêng mình về một mạch tích hợp giải quyết được nhiều vấn đề thực tế mà Kilby đã không làm được. Thiết kế Noyce được làm bằng silicon, trong khi chip Kilby làm bằng germanium. Noyce thông tin cho Kurt Lehovec ở Sprague Electric về các nguyên tắc của tiếp giáp p-n cô lập gây ra bởi tác động của một tiếp giáp p-n có thiên áp (diode), là một khái niệm quan trọng về IC.

Fairchild Semiconductor cũng là quê hương của công nghệ vi mạch silicon-gate đầu tiên với cổng tự liên kết (self-aligned gate), cơ sở của tất cả các chip CMOS của máy tính hiện đại. Công nghệ này được phát triển bởi nhà vật lý người Ý Federico Faggin vào năm 1968, người sau đó đã gia nhập Intel và phát triển các đơn chip Central Processing Unit (CPU) (Intel 4004) đầu tiên, và ông nhận Huy chương Quốc gia về Công nghệ và Đổi mới năm 2010.

Phân loại

[sửa | sửa mã nguồn]

Phân loại theo tín hiệu được xử lý

[sửa | sửa mã nguồn]

Theo xử lý tín hiệu

• IC digital xử lý hoặc lưu trữ các tín hiệu digital.
• IC analog hay IC tuyến tính xử lý tín hiệu analog.
• IC hỗn hợp, có cả analog và digital.

Phân loại theo mức độ tích hợp

[sửa | sửa mã nguồn]

• IC (Integrated Circuit), tên chung. Từng còn chia ra SSI (small-scale integration) và MSI (medium-scale integration)
• LSI (Large Scale Integrated)
• VLSI (Very Large Scale Integrated) Các CPU, GPU, ROM, RAM, PLA, chipset, microcontroller,...
• ULSI (ultra-large-scale integration) dự đặt cho mạch trên 1 triệu transistor.[4]

Phân loại theo công nghệ

[sửa | sửa mã nguồn]

Theo công nghệ[2]

• Monolithic: tất cả các phần tử đặt trên một miếng nền vật liệu bán dẫn đơn tinh thể. Các linh kiện bán dẫn được tạo bằng pha tạp chất (doping), và theo thứ tự lớp thực hiện lai ghép điện trở, đường mạch dẫn, tụ điện, lớp cách điện, cực gate của MOSFET. Ví dụ công nghệ TTL, CMOS, CCD, BiCMOS, DMOS, BiFET-, transistor lưỡng cực.
• Mạch màng mỏng hay mạch phim, là những phần tử được tạo bằng lắng đọng hơi trên nền thủy tinh. Nó thường là các mạng điện trở. Chúng có thể được chế tạo bằng cách cân bằng điện tử với độ chính xác cao, và được phủ nhúng bảo vệ. Trong nhóm này bao gồm cả các mạch của transistor màng mỏng (TFT), ví dụ trong ứng dụng màn hình phẳng.
• Lai mạch màng dày kết hợp một số chip, vết mạch in đường dây dẫn, linh kiện điện tử thụ động (gần như chỉ có điện trở). Nền thường là gốm và thường được nhúng tráng.

Phân loại theo công dụng

[sửa | sửa mã nguồn]

Theo công dụng

• CPU, vi xử lý trong máy tính.
• Memory, bộ nhớ lưu trữ dữ liệu digital
• Thu nhỏ chip trong công nghệ RFID để giám sát (Identification) không tiếp xúc của các đối tượng hay các sinh vật sống
• IC logic tiêu chuẩn thuộc họ logic khác nhau
• ASIC dành cho phát triển ứng dụng cụ thể, ví dụ cho điều khiển lò nướng bánh, xe hơi, máy giặt,...
• ASSP là sản phẩm tiêu chuẩn cho ứng dụng cụ thể, tương tự như ASIC, nhưng có sẵn từ các nhà sản xuất và không được xây dựng theo yêu cầu của khách hàng
• IC cảm biến quá trình vật lý, hoá, sinh hoá,... ví dụ gia tốc, ánh sáng, từ trường, chất độc,...
• DSP (Digital signal processing) xử lý tín hiệu digital.
• ADC và DAC, chuyển đổi analog ←→ digital
• FPGA (Field-programmable gate array) được cấu hình bởi các IC digital của khách hàng, trong đó bao gồm một số lượng lớn các đơn vị chức năng kết nối được (interconnectable)
• Vi điều khiển (microcontroller) chứa tất cả các bộ phận của một máy tính nhỏ (bộ nhớ chương trình, ALU, bộ nhớ và thanh ghi)
• IC công suất có thể xử lý các dòng hay điện áp lớn (ví dụ khuếch đại công suất lớn, kiểm soát mạng điện lưới)
• System-on-a-chip (SoC) là hệ thống trong một chip.

Tham khảo

[sửa | sửa mã nguồn]

1. ^ Horowitz, Paul; Hill, Winfield (1989). The Art of Electronics (2nd ed.). Cambridge University Press. p. 61. ISBN 0-521-37095-7.
2. ^ a b Integrated circuit (IC). JEDEC, 2014. Truy cập 01 Apr 2015.
3. ^ Jack S. Kilby, Miniaturized Electronic Circuits, United States Patent Office, US Patent 3,138,743, filed ngày 6 tháng 2 năm 1959, issued ngày 23 tháng 6 năm 1964.
4. ^ Ultra-large scale integration. IEEE Xplore Digital Library, 2005. Truy cập 01 Apr 2015.

Xem thêm

[sửa | sửa mã nguồn]

• Các phần tử bán dẫn
• Linh kiện điện tử
• Ký hiệu điện tử
• Sơ đồ mạch điện

Liên kết ngoài

[sửa | sửa mã nguồn]

• Tư liệu liên quan tới Integrated circuits tại Wikimedia Commons
• Integrated circuit (electronics) tại Encyclopædia Britannica (tiếng Anh)

Bài viết liên quan đến công nghệ này vẫn còn sơ khai. Bạn có thể giúp Wikipedia mở rộng nội dung để bài được hoàn chỉnh hơn. x t s

x t s Linh kiện điện tử
Linh kiện bán dẫn	Diode DIAC Tuyết lở Ổn dòng (CLD, CRD) LED OLED PIN Laser Quang Schottky Shockley Step recovery Quadrac Thyristor SCR TRIAC Trisil Tunnel Zener Transistor Lưỡng cực BJT Đơn nối UJT (Khuếch tán • Lập trình PUT) Đa cực Darlington Photo Trường FET JFET ISFET FinFET IGBT IGFET CMOS BiCMOS MESFET MOSFET FGMOS MuGFET LDMOS NMOS PMOS VMOS Màng mỏng TFT Hữu cơ (OFET • OLET) Sensor (Bio-FET • ChemFET) Khác Mạch lượng tử Memistor Memristor Photocoupler Photodetector Solaristor Trancitor Varactor Varicap Vi mạch IC
Ổn áp	Bơm điện tích Boost Buck Buck–boost Ćuk Ổn áp Switching Low-dropout SEPIC Split-pi Tụ Sw.
Đèn vi sóng	BWO Magnetron CFA Gyrotron Cảm ứng IOT Klystron Maser Sutton Sóng chạy TWT
Đèn điện tử, tia âm cực	Audion Compactron Acorn Nhân quang điện Diode Barretter Nonod Nuvistor Pentagrid (Hexode, Heptode, Octode) Pentode Đèn quang điện (Phototube) Tetrode tia Tetrode Triode Van Fleming Lệch tia Charactron Iconoscope Mắt thần Monoscope Selectron Storage Trochotron Video camera Williams
Đèn chứa khí	Cathode lạnh Crossatron Dekatron Ignitron Krytron Van thủy ngân Neon Thyratron Trigatron Ổn áp
Hiển thị	Nixie 7 thanh Đa đoạn LCD Ma trận điểm Đĩa lật
Điều chỉnh	Chiết áp Chiết áp số Tụ biến đổi Varicap
Thụ động	Biến áp Đầu nối (Audio và video • Nối nguồn • Nối RF) Lõi Ferrit Cầu chì Điện trở (Trở quang • Trở nhiệt) Chuyển mạch Varistor Dây Dây Wollaston
Điện kháng	Tụ điện Cộng hưởng gốm Dao động tinh thể Cuộn cảm Parametron Relay (Reed • Thủy ngân)

x t s Điện tử số
Linh kiện	Vi mạch Logic (Kết hợp • Tuần tự • Cổng)
Lý thuyết	Tín hiệu số Đại số Boolean Tổng hợp logic Logic trong khoa học máy tính Kiến trúc máy tính Tín hiệu số (Xử lý) Xử lý tín hiệu số Giảm thiểu mạch Lý thuyết mạch chuyển mạch
Thiết kế	Tổng hợp logic Sắp đạt và định tuyến Sắp đạt Định tuyến Cấp độ chuyển thanh ghi Ngôn ngữ mô tả phần cứng Tổng hợp bậc cao Kiểm tra tương đương hình thức Logic đồng bộ Logic không đồng bộ Máy trạng thái hữu hạn Máy trạng thái phân cấp
Ứng dụng	Phần cứng máy tính Tăng tốc phần cứng Âm thanh kỹ thuật số Vô tuyến kỹ thuật số Chụp ảnh kỹ thuật số Điện thoại kỹ thuật số Video kỹ thuật số Cinema kỹ thuật số TV kỹ thuật số Tài liệu điện tử
Vấn đề	Độ bền Mạch xung

x t s Những lĩnh vực chính của khoa học máy tính
Các nền tảng toán học	Logic toán · Lý thuyết tập hợp · Lý thuyết số · Lý thuyết đồ thị · Lý thuyết kiểu · Lý thuyết thể loại · Giải tích số · Lý thuyết thông tin · Đại số · Nhận dạng mẫu · Nhận dạng tiếng nói · Toán học tổ hợp · Đại số Boole · Toán rời rạc
Lý thuyết phép tính	Độ phức tạp Kolmogorov · Lý thuyết Automat · Lý thuyết tính được · Lý thuyết độ phức tạp tính toán · Lý thuyết điện toán lượng tử
Các cấu trúc dữ liệu và các giải thuật	Phân tích giải thuật · Thiết kế giải thuật · Hình học tính toán · Tối ưu hóa tổ hợp
Các ngôn ngữ lập trình và Các trình biên dịch	Các bộ phân tích cú pháp · Các trình thông dịch · Lập trình cấu trúc · Lập trình thủ tục · Lập trình hướng đối tượng · Lập trình hướng khía cạnh · Lập trình hàm · Lập trình logic · Lập trình máy tính · Lập trình mệnh lệnh · Lập trình song song · Lập trình tương tranh · Các mô hình lập trình · Prolog · Tối ưu hóa trình biên dịch
Tính song hành, Song song, và các hệ thống phân tán	Đa xử lý · Điện toán lưới · Kiểm soát song hành · Hiệu năng hệ thống · Tính toán phân tán
Công nghệ phần mềm	Phân tích yêu cầu · Thiết kế phần mềm · Các phương pháp hình thức · Kiểm thử phần mềm · Quy trình phát triển phần mềm · Các phép đo phần mềm · Đặc tả chương trình · LISP · Mẫu thiết kế · Tối ưu hóa phần mềm
Kiến trúc hệ thống	Kiến trúc máy tính · Tổ chức máy tính · Các hệ điều hành · Các cấu trúc điều khiển · Cấu trúc bộ nhớ lưu trữ · Vi mạch · Thiết kế ASIC · Vi lập trình · Vào/ra dữ liệu · VLSI design · Xử lý tín hiệu số
Viễn thông và Mạng máy tính	Audio máy tính · Chọn tuyến · Cấu trúc liên kết mạng · Mật mã học
Các cơ sở dữ liệu và Các hệ thống thông tin	Hệ quản trị cơ sở dữ liệu · Cơ sở dữ liệu quan hệ · SQL · Các giao dịch · Các chỉ số cơ sở dữ liệu · Khai phá dữ liệu · Biểu diễn và giao diện thông tin · Các hệ thống thông tin · Khôi phục dữ liệu · Lưu trữ thông tin · Lý thuyết thông tin · Mã hóa dữ liệu · Nén dữ liệu · Thu thập thông tin
Trí tuệ nhân tạo	Lập luận tự động · Ngôn ngữ học tính toán · Thị giác máy tính · Tính toán tiến hóa · Các hệ chuyên gia  · Học máy · Xử lý ngôn ngữ tự nhiên · Robot học · Biểu diễn tri thức và suy luận
Đồ họa máy tính	Trực quan hóa · Hoạt họa máy tính · Xử lý ảnh
Giao diện người-máy tính	Khả năng truy cập máy tính · Giao diện người dùng · Điện toán mang được · Điện toán khắp mọi nơi · Thực tế ảo
Khoa học tính toán	Cuộc sống nhân tạo · Tin sinh học · Khoa học nhận thức · Hóa học tính toán · Khoa học thần kinh tính toán · Vật Lý học tính toán · Các giải thuật số · Toán học kí hiệu
Chú ý: khoa học máy tính còn có thể được chia thành nhiều chủ đề hay nhiều lĩnh vực khác dựa theo Hệ thống xếp loại điện toán ACM.

Tiêu đề chuẩn	BNF: cb11931204n (data) GND: 4027242-4 LCCN: sh85067117 NDL: 00572448 NKC: ph114781